CN102762850A - 风力涡轮机转子叶片部件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

多个刚性单向强度元件或杆（202、402）形成的结构预制层（300a、300b、400）被构造和布置成用于制造负载承载支承结构和风力涡轮机叶片的增强件。各预制层包括多个细长单向强度元件或杆，这些强度元件或杆沿预制层的纵向轴线布置在单层中。各预制层包括一个或更多个纤维质载体层（312），所述多个强度元件或杆与该纤维质载体层结合，并布置在单层中。各强度元件或杆纵向定向和与其它元件或杆相邻。各强度元件或杆包括嵌入基体树脂中的大量基本直的单向结构纤维，这样，元件或杆具有基本均匀的纤维分布和高度的纤维准直性。纤维的相对直线性和纤维准直性使得强度元件或杆和预制层具有较高的刚性和较大的压缩强度。

Description

风力涡轮机转子叶片部件及其制造方法

相关申请

本非临时专利申请要求2010年1月14日提交的美国临时专利申请No.61/295,006的优先权，该美国临时专利申请No.61/295,006的公开内容通过参引结合在此。

技术领域

本发明总体涉及风力涡轮机转子叶片。本发明还涉及用于制造风力涡轮机叶片部件的多个强度元件或杆的结构预成形层。

背景技术

风力涡轮机中的技术进步继续证明来自风力的能量提供了商业上可用的可选能量源。设计的改进允许增加风力涡轮机和转子叶片的尺寸，以便实现能量输出的增加。不过，制造成本是风能技术发展为有竞争力的可选能源的难题。特别地，影响风力涡轮机的制造成本和能量效率的因素包括转子叶片的设计和构造。

转子叶片尺寸的增加已经证明增加了能量产出。大型的商用风力涡轮机通常包括翼展为40至45米或更大的转子叶片。从风力涡轮机抽取的能量取决于转子叶片扫掠的圆面积或从叶片尖端至叶片尖端的转子直径。特别地，叶片长度的增加使得叶片扫掠的圆面积增加，这能够导致捕获更多风力，并增加能量输出。例如，叶片扫掠的圆面积与叶片长度的平方成比例，因此，转子叶片长度增加10%可能导致风力涡轮机的能量输出增加20%。

不过，按比例增大转子叶片尺寸（特别地叶片长度）导致叶片重量和厚度相应增加以及叶片的强度要求增加。叶片重量是叶片设计中的关键限制因素，因此，叶片尺寸的增加使得叶片重量的增加比涡轮机能量输出的相应增加更快。特别地，增加叶片长度可能导致叶片重量以2.5至3的系数而成指数增加（由于叶片质量和面积的增加）。所产生的制造成本将与在制造更大叶片时消耗的材料的增加量成比例，因此可能相对于实现的能量输出增加高得不成比例，从而减小了在更大叶片尺寸上的投资收益。技术的改进有助于减轻由于叶片尺寸增加而引起的叶片重量增加。不过，叶片重量相对于提高涡轮机的能量输出和效率仍然是限制因素。因此，通过叶片尺寸（特别地通过叶片长度）来增加涡轮机能量产出具有平衡叶片长度、重量、强度和制造成本以便制造能够具有成本效益地增加能量输出的叶片的难题。

转子叶片的空气动力学性能和效率对于高效和有成本效益的风能生产也很关键。转子叶片的最佳性能基本是叶片形状和叶片强度之间的折中叶片设计。理想的叶片限定了沿它的翼展的相对狭窄和扭转形状，以便能够具有有效空气动力学性能，同时在叶片根部附近或叶片根部处相对较厚，以便使得叶片具有足够强度来承受空气动力学负载。叶片设计通常在叶片根部附近更鼓胀，以便提供厚度和强度，该厚度和强度补偿叶片的相对狭窄和轻重量的翼展。

现有技术的转子叶片包括扭转弯曲耦合或扭转耦合的叶片，该叶片具有在风力涡轮机的操作过程中被动地影响空气动力学负载的结构。叶片设计和结构规定了空气动力学性能，特别地叶片在受到空气动力学负载和压力时表现的弹性或弯曲性能。具体地说，这种所需的机械特性可以通过叶片形状或曲率和叶片制造材料来构建到叶片结构中。通常，扭转耦合叶片响应空气动力学负载而弯曲和扭转，以便沿它的长度被动地调节变桨角。变桨角调节作用在叶片上的风负载。在操作过程中，朝着顺桨（feathered）位置稍微被动地变桨例如几度能够使得叶片被动地分配和分散风负载。叶片设计和制造材料和构造技术能够有利于叶片的弯曲力矩与它的扭转旋转耦合的程度，从而可以实现叶片的被动变桨控制。已经证明，叶片弯曲力矩和扭转的高度耦合将减小空气动力学负载，特别地在极端风条件下，还减小整个转子或风力涡轮机的疲劳负载。此外，扭转弯曲耦合使得叶片能够一致和快速地适应阵风和旋转效应。因此，能够增加能量输出，并降低转子和风力涡轮机的疲劳损伤。

被动变桨的部分原因是由于在构成叶片（特别地构成叶片的负载承载结构）的结构层压材料、复合材料或其它材料的弹性变形和扭转弯曲耦合。这些材料用作被动结构部件，这些被动结构部件影响叶片的动力学响应和作用在叶片上的空气动力学负载。叶片设计的研究提出总体负载的减小能够特别取决于结构材料的耦合量以及它们的设计和制造。此外，结构材料和它们的设计能够影响叶片的成本、硬度、重量和强度以及叶片的疲劳和工作寿命。

现有技术的复合制造方法通常使得结构叶片部件（例如I形梁、翼梁帽（spar cap）和剪切腹板）的刚性、强度和疲劳寿命限制成小于理想或最大水平。增强纤维的可用形式限制了这些方法中的改进。例如，玻璃纤维通常被填充作为干的或未填充织物、粗纱或预先浸渍的织物。在各种情况下，供给的材料缠绕在线轴或滚筒上，以方便处理和运输。不过，将有限厚度的一层纤维材料缠绕在滚筒上将引起纤维弯曲或在最终部件中失去总体纤维准直性，这可能是不可去除的，且这已经显现为降低压缩强度。然后，压缩强度的降低必须通过更多材料来补偿，这将制造不希望的更大、更重和更昂贵的部件。

更重的部件还可能需要更多劳动。制造这样的结构部件（例如具有纤维质或纤维，如玻璃、复合材料、网、织物、层或其它材料的翼梁帽）通常需要相对较大体积的这种材料来形成结构部件。由于这些纤维质和纤维复合材料、网、织物、层和材料的性质和设计，翼梁帽制造可能为劳动密集型。例如，制造翼梁帽（例如在模具中）通常需要超过50个玻璃纤维层以便制造翼梁帽，该翼梁帽可以为大约30至50米或更大的长度，并可以在沿它的长度的一些点处有大约40mm或更大的厚度。显然，更低材料效率要求必须使用更大量的纤维来制造更厚的翼梁帽，且需要更多劳动来填充翼梁帽模具。

此外，使用这样的纤维增强织物层和复合材料通常需要应用合适的树脂来粘接织物层和复合材料，从而限定最终的翼梁帽几何形状。施加粘接树脂的当前方法和技术包括树脂灌输和树脂注入。这些方法和技术包括在真空下灌输或在压力下注入一定容积的粘接树脂至例如增强纤维织物层堆垛中，随后固化树脂以便粘接这些层。由于在纤维织物中没有固有的结构形状，因此这些现有技术材料容易在树脂灌输或注入过程中产生纤维冲刷，这导致在形成的翼梁帽中产生不希望的织物层和复合材料的折皱、弯曲、错位和错向。

而且，现有技术的纤维增强织物层和复合材料容易在粘接树脂的固化过程中收缩。在树脂固化的过程中，粘接树脂可能有较大收缩，这样，树脂收缩可能使得在结构部件的制造过程中织物层和复合材料产生不希望的折皱、扭结和弯曲。

再有，现有技术材料的形式并不支持紧密控制的制造或模制处理，这又需要使用附加材料。因此，使用纤维增强或纤维质材料的制造技术和方法能够影响涡轮机叶片生产的总体制造时间和成本。

因此，希望利用调和转子叶片尺寸增加的改进制造材料和技术来形成涡轮机转子叶片的负载承载和结构部件，同时减小叶片重量并增加叶片强度。此外，希望利用制造材料和技术来制造这样的负载承载结构（例如翼梁帽），以便提高转子叶片的空气动力学性能，且当为扫掠形（swept-shaped）转子叶片时，用于使得该结构的轮廓与叶片曲率或扫掠一致。还希望利用制造材料和技术来帮助避免或最小化纤维冲刷和折皱，同时增加纤维容积率，以便在这样的结构部件（例如翼梁帽）中确保足够强度。还希望利用制造材料和技术来增加叶片制造的总体效率。

而且，希望利用制造材料和技术来在降低材料和人工成本、增加树脂灌输/注入速率和减少树脂固化时间方面减少与生产叶片部件相关的制造成本和时间。

发明内容

总的来说，在一个方面，本发明提供了一种用于风力涡轮机叶片的翼梁帽，它包括复合梁，该复合梁被构造成作为风力叶片翼型的外壳的结构支承部件。复合梁限定了这样的尺寸，使得翼梁帽沿叶片的翼展的至少一部分延伸。复合梁能够包括一个或更多个预制层，且各预制层包括多个刚性单向强度元件或杆，这些强度元件或杆沿预制层的纵向轴线彼此相邻并相对于它们的长度纵向地布置在单层中。强度元件或杆能够通过与元件或杆交接的保持机构而保持在单层中。一种保持结构能够包括一个或更多个纤维质载体层，强度元件或杆与该纤维质载体层结合。强度元件或杆的单层布置能够将预制层限定为预先制造的结构元件或部件。各强度元件或杆能够包括细长和基本直的结构纤维（由基体树脂浸透）形成的复合材料。基体树脂能够分配有大量纤维，这些纤维纵向定向并基本线性对齐。当固化时，复合材料能够形成具有基本均匀分布的纤维和高度纤维准直性的刚性预制元件或杆。纤维的直线性和明显的纤维准直性能够产生具有高度刚性和明显压缩强度的强度元件或杆。这样的特性非常有利，并当预制层用于负载承载结构（例如翼梁帽的复合梁）中和叶片增强件和其它叶片部件中时需要。根据本发明的预制层的刚性和压缩强度能够使得翼梁帽和其它叶片部件和（最终的）涡轮机叶片具有用于更大和更长叶片所需的机械特性，而并不明显增加叶片的重量和材料以及制造成本。

各预制层能够与一个或更多个其它预制层进行层叠或堆垛，以便形成叶片结构和部件。在一个构造中，多个层叠或堆垛的预制层能够整体或部分地限定翼梁帽的复合梁的长度和厚度。复合梁的一些构造能够被构造和布置成具有多个预制层，以便限定具有基本均匀横向宽度和厚度的翼梁帽。复合梁的其它构造能够被构造和布置成具有多个预制层，以便限定横向宽度例如朝着叶尖渐变的翼梁帽。而且，复合梁的其它构造能够被构造和布置成有多个预制层，以便限定具有渐变厚度的翼梁帽，该厚度沿翼梁帽的翼展朝着叶尖和（可选地）朝着叶片根部渐变。复合梁的其它构造能够被构造和布置成有多个预制层，以便限定具有扫掠轮廓的翼梁帽。扫掠轮廓能够与扫掠叶片设计的轮廓相对应，翼梁帽包含在该扫掠叶片设计中。

翼梁帽的实施可以包括以下特征中的一个或更多个。构造和布置成有多个预制层的翼梁帽复合梁的构造能够包括一个或更多个预制层，这些预制层与其它预制层和/或多个纤维质层结合或粘接或者交织，以便限定具有所需和所希望的横向宽度和厚度的复合梁。复合梁能够包括多个预制层，这些预制层限定了复合梁的每单位面积总重量的特定百分率，这样，预制层可以包括复合梁的给定面积的总重量的任意百分率。该百分率可以取决于叶片的设计和形状、所需的机械特性和/或叶片的性能要求。对于主要由多个层叠或堆垛的预制层构成的复合梁的这些构造，包含的预制层能够最高占复合梁的总重量的大约100%。在复合梁的其它构造（其被构造和布置成有多个预制层，这些预制层与多个纤维质层结合、粘接或交织）中，包括的预制层能够为复合梁的每单位面积的总重量的相对较低百分率。在这方面，根据本发明的预制层的构造和布置能够提供挠性，这样，预制层能够有利于形成具有任意数目预制层（单独或者与多个纤维质层组合）的复合梁，以便满足复合梁的总重量的任意所需或合适的百分率。

而且，根据本发明的预制层的构造和布置能够增加或最大化预制层和（因此）复合梁中的强度元件或杆的填充密度，这样，预制层能够增加或最大化复合梁的纤维体积百分比。强度元件或杆的结构纤维能够增加预制层的净总纤维体积百分比。这样，根据本发明的预制层能够用于操纵预制层和翼梁帽的复合梁的净总纤维体积百分比，而不会在重量和总体尺寸方面损害翼梁帽。

多个纤维质层（一个或更多个预制层与该纤维质层结合或交织）可以包括由玻璃纤维、碳纤维、石墨纤维、玄武岩纤维或陶瓷纤维构成的纤维层、网或织物。当复合梁主要由多个预制层来构造时，预制层能够限定变化的长度，这样，当预制层相互堆垛或层叠以便制造复合梁时，预制层的变化长度能够限定复合梁的渐变厚度。当复合梁主要由多个纤维质层构成时，各预制层能够限定特定总尺寸，这样，当预制层相互堆垛或层叠和/或与多个纤维质层堆垛或层叠以便形成复合梁时，预制层能够用作叶片的翼梁帽和其它部分的结构增强件或强度部件。

与多个纤维质层结合或交织或不与之结合和交织的多个堆垛或层叠的预制层能够限定堆垛构型，粘接树脂能够施加给该堆垛构型，以便最终形成复合梁。粘接树脂能够通过各种技术施加给堆垛构型，这些技术包括但不局限于：树脂灌输处理、树脂传递模制、其它真空技术以及手工敷设技术。在粘接树脂固化之后，复合梁能够限定具有最终结构的翼梁帽，该翼梁帽有明确的总体尺寸，且不规则度最小。

在另一方面，本发明提供了如上所述的预制层。预制层能够包括多个单向强度元件或杆，这些强度元件或杆彼此相邻且相对于它们的长度纵向地布置在单层中。在根据本发明的预制层的一些构造中，强度元件或杆也基本相互平行。预制层还能够包括保持结构，以便将多个强度元件或杆保持在单层中。在预制层的一些构造中，保持机构能够包括一个或更多个纤维质载体层，所述多个强度元件或杆与该纤维质载体层结合。纤维质载体层能够包括由多个纤维、纱和/或粗纱构成的无纺织物。纤维质载体层能够有与预制层相同的长度和横向宽度。在其它构造中，纤维质载体层能够有比预制层更宽的横向宽度，以便限定从预制层的至少一个边缘向外延伸的至少一个周边边界或织边。边界或织边能够限定足够横向宽度，以便用作附连点，预制层能够在该附连点处与一个或更多个其它预制层、多个纤维质层和/或其它纤维质载体层的边界或织边进行堆垛、层叠或交织。这样，具有边界和织边的一个或更多个载体层使得预制层能够与翼梁帽的复合梁的一个或更多个其它部件连接。此外，具有边界或织边的一个或更多个载体层使得预制层能够连接翼梁帽的复合梁与叶片的相邻部件，例如剪切腹板或叶片翼型的外壳部分。具有边界和织边的一个或更多个载体层还能够允许预制层与叶片翼型的外壳部分的层或部件连接。

在一种构造中，当与一个或更多个预制层装配时，无纺纤维质载体层能够包括横向的纤维、纱和/或粗纱，该横向的纤维、纱和/或粗纱相对于预制层的单向强度元件或杆以横向定向，或者以约90°布置。纤维质载体层能够使得预制层具有强度，并能够增加预制层的纤维体积百分比。纤维质载体层还能够包括缝制的无纺织物，包括双轴线或三轴线织物。多个强度元件或杆能够粘接或粘附在纤维质载体层的一个或两个表面上。在根据本发明的预制层的其它构造中，纤维质载体层能够包括机织织物。

在另一方面，本发明提供了一种多层式结构或增强件部件，它包括至少一个预制层，该预制层与多个纤维质层结合或交织。多层式部件能够包括一个或更多个预制层，这些预制层与多个纤维质层相堆垛、结合或交织，以便限定部件的层。纤维质层能够包括由玻璃、碳、石墨、玄武岩或陶瓷质纤维、纱和/或粗纱以及它们的组合构成的纤维质层、网或织物。形成多层式部件的预制层和纤维质层的组合和布置能够根据部件在风力涡轮机叶片中的目的和位置来限定。例如，多层式部件的一种构造能够包括布置在两个预制层之间的多个纤维质层，且预制层的强度元件或杆限定该多层式部件的外表面或外骨骼。

在还一方面，本发明提供了被构造在连续幅材中的多个预制层。连续幅材能够包括沿它们的横向宽度彼此相邻地附连的多个预制层。幅材能够包括沿它的宽度横向延伸的锥形端部区域，以便限定具有特定长度的各预制层。锥形端部区域布置和设置在幅材中，以便使得各预制层相互分离。此外，锥形端部区域还能够被构造成允许预制层例如通过切割而相互分离和与幅材分离。这样，制造涡轮机叶片的一个或更多个复合梁或一个或更多个部件所需的多个预制层能够以连续幅材的形式来提供，用于储存和运输以及用于在复合梁或其它叶片部件的制造过程中分配多个预制层。

在学习下面的附图、详细说明和权利要求之后将充分了解本发明的各方面的特征和优点以及本发明自身。

附图说明

图1是风力涡轮机的透视图；

图2是风力涡轮机叶片的透视图；

图3是图2中所示的叶片沿线A-A的剖视图，示出叶片的弦长的一部分；

图4A是图2和3中所示的叶片的前边缘视图，该叶片包括根据本发明一个方面的翼梁帽；

图4B是图2中所示的叶片沿线B-B的剖视图，示出根据本发明的两个翼梁帽；

图4C是包括根据本发明的翼梁帽的一种构造的叶片的外壳的一部分的横截面图；

图4D是布置成堆垛构型的多个预制层以便形成根据本发明的翼梁帽的复合梁的侧视图；

图4E是图4D中所示的多个预制层的堆垛构型的俯视图；

图4F是提供复合梁的本发明另一方面的侧视图，该复合梁包括布置有多个纤维质层的多个预制层，以便形成复合梁；

图4G是图4D或4F中所示的堆垛构型的另一构造的侧视图；

图4H是包括根据本发明的翼梁帽的叶片的前边缘视图，其限定扫掠型（sweep）；

图4I是包括根据本发明的翼梁帽的叶片的前边缘视图，其限定了沿它的长度的相对平直结构；

图4J是包括根据本发明的翼梁帽的叶片的前边缘视图，其限定了渐变的横向宽度；

图5A是根据本发明另一方面的预制层的一种构造的俯视图；

图5B是包括纤维纺织机织物的预制层的剖视图；

图5C和5D是预制层的其它构造的俯视图；

图6是图5A中所示的预制层沿线C-C的剖视图；

图7是图5A中所示的预制层沿线C-C的剖视图；

图8A和8B是根据本发明的强度元件或杆的透视图；

图9A-9D是根据本发明与纤维质载体层结合的预制层的透视图；

图9E是根据本发明与纤维质载体层和多个纤维质层结合的预制层的透视图；

图10A和10B是根据本发明另一方面、包括至少一个预制层的多层式结构部件的剖视图；

图10C是多层式结构部件的透视图；

图10D-10H是多层式结构部件的构造的示意剖视图；

图10I是包括多个结构部件的翼梁帽的复合梁的剖视图；

图11A-11G是根据本发明的多个预制层的堆垛图形的透视图；

图12A和12B是根据本发明、包括周边边界或织边（selvedge）的多个预制层的透视图；

图12C是限定阶梯形边缘的多个预制层的剖视图；

图12D和12E是限定与叶片翼型的外壳部分结合的阶梯形边缘的预制层的剖视图；

图13是根据本发明的、沿机织纤维质载体层布置的预制层的剖视透视图；

图14A是本发明另一方面的透视图，它包括多个预制层制成的连续幅材；

图14B是限定于图12A所示的幅材中的锥形区域的侧视图；

图14C是图12B中所示的锥形区域的一部分的侧视图；以及

图15是图3中所示的叶片的剖视图，包括布置在叶片外壳部分中的一个或更多个预制层。

具体实施方式

参考图1和2，在一个方面，本发明提供了一种风力涡轮机10，该风力涡轮机包括安装在塔架14上的机舱12以及包括旋转轮毂18和涡轮机叶片20的转子16。转子16与装入吊舱12中的发电机（未示出）操作连接。塔架14使得叶片20暴露于风中。叶片16捕获风能，并将风能转变成旋转运动，发电机将它转变成电能。图1中所示的风力涡轮机10包括三个涡轮机叶片20，但是本发明并不特别局限于三个叶片20，并预计转子16能够包括更多或更少的涡轮机叶片。

如图2中所示，涡轮机叶片20包括翼型部分100，该翼型部分在叶片的叶尖116和根部118之间延伸。翼型部分100限定了叶片20的前边缘112和后边缘114。根部118被构造和布置成用于与风力涡轮机10的旋转轮毂18连接。叶片的根部118和叶尖116之间的纵向或长度距离称为叶片20的翼展或长度L₁。

参考图3，图中表示了图2所示的叶片20沿线A-A的剖视图。翼型部分100包括一个或更多个层101和103，这些层101和103被成形为限定具有前边缘112和后边缘114的翼型部分100。前边缘112和后边缘114之间的距离称为叶片20的弦长或宽度W₁。弦长W₁沿叶片20的长度变化。翼型部分100包括第一或上部外壳部分120和第二或下部外壳部分122，如图3中所示。第一外壳部分120和第二外壳部分122沿外壳部分120和122的周边在邻近前边缘112和后边缘114的粘附结合部（未示出）处粘附在一起。

还参考图3，第一和第二外壳部分120和122可以包括一个或更多个增强层101和103，该增强层利用纤维增强材料构造，纤维增强材料例如包括纤维增强复合材料和/或织物。此外，外壳部分120和122可以包括加强芯105和107，该加强芯布置在一个或更多个增强层101和103之间，并例如由巴沙木或泡沫形成。

叶片20还包括纵向负载承载结构或翼梁帽126，该翼梁帽与外壳部分120和122的一个或更多个层合并在一起，并沿叶片20的翼展或长度L₁的至少一部分延伸。在翼梁帽126以及外壳部分120和122之间横向延伸的一个或更多个剪切腹板125连接翼梁帽126。翼梁帽126和剪切腹板125是增强结构，并被构造和布置成给叶片20提供刚性、强度和稳定性。这些叶片20的特性帮助支承叶片重量和帮助显著降低或消除叶片挠曲和作用在叶片20上的空气动力学负载对叶片20造成的损害，还有助于显著降低或消除叶片20与涡轮机塔架14接触的危险。

翼梁帽的结构和构造

参考图4A-4E和参考图3，在另一方面，本发明提供了一种叶片翼梁帽126，该叶片翼梁帽被构造和布置成复合梁127。如图3中所示，翼梁帽126可以结合或粘接在形成第一或上部外壳部分120的一个或更多个层上，第二翼梁帽126可以结合或粘接在形成第二或下部外壳部分122的一个或更多个层上。在根据本发明的翼梁帽126的一个构造中，翼梁帽126被构造和布置成用于与至少外壳部分120和122的中间层105和107结合或合并。本发明并不局限于此，可以设想，翼梁帽126可以被构造和布置成多种结构，并以任意方式与叶片外壳部分120和122结合或合并，以便形成外壳部分120和122的负载承载结构。

图4A是根据本发明、包括翼梁帽126的叶片20的前边缘112的视图。图4B表示了叶片翼展L₁沿图2中的线B-B的剖视图，其中，翼梁帽126包含在第一和第二外壳部分120和122中。如图4A中所示，翼梁帽126在叶片根部118和叶尖116之间定位在涡轮机叶片20中，且限定了沿涡轮机叶片20的翼展L₁的至少一部分延伸的长度L₂。翼梁帽126的长度L₂通常大于它的横向宽度W₂。

如图4C中所示，翼梁帽126限定了横向宽度W₂，该横向宽度W₂小于叶片20的弦长W₁。在根据本发明的翼梁帽126的一种构造中，横向宽度W₂可以沿翼梁帽长度L₂基本均匀。如后面所述，在根据本发明的翼梁帽126的另一构造中，翼梁帽126的横向宽度可以包括朝着叶尖116渐变的横向宽度，沿翼梁帽长度L₂逐渐变小或变窄。

翼梁帽（例如图3和图4A、4B中所示的翼梁帽）通常在模具（未示出）中制造，该模具被构造为水平槽（pan），具有由底部面板和两个侧壁限定的内部，这两个侧壁从底部面板向上延伸，并限定模具的上部开口。底部和侧壁的尺寸设置为有助于制造具有所需或所希望长度L₂和所需或所希望横向宽度W₂的翼梁帽126。模具的侧壁的高度通常对应于翼梁帽126的所需或所希望的厚度。当在开口向上的情况下布置于水平位置时，模具的内部可以接收制造材料。在根据本发明的翼梁帽126的一种构造中，多个预制层300A和300B（如后面所述）可以一层层叠或堆垛在另一层上，或者可以在模具内部竖向层叠或堆垛，以便构造翼梁帽126。

翼梁帽还可以在整体模具（未示出）中制造，该整体模具被构造为形成翼梁帽126和叶片20的外壳部分120和122的至少一些部分。类似地，这种模具的构造和尺寸设置成帮助制造具有所需或所希望的长度L₂、横向宽度W₂和厚度的翼梁帽126。这种模具也可以允许制造材料，例如后面所述的预制层300A和300B一层层叠或堆垛在另一层上，或者在模具的内部竖向层叠或堆垛。

图4D表示了根据本发明的翼梁帽沿它的纵向尺寸或长度L₂的侧视图，图4E表示了图4D中所示的翼梁帽126的俯视图。在所示构造中，根据本发明的翼梁帽126包括复合梁127，该复合梁127包括高挠性的强度元件或杆制成的多个预制层300A和300B，它们将在后面详细介绍。多个预制层300A和300B布置成堆垛构型128，并通过粘接树脂而固定成堆垛构型128，以便形成复合梁127。复合梁127沿叶片翼展L1的至少一部分延伸，并限定厚度T_i1-in。如图4D中所示，复合梁127的厚度T_i1-in沿它的长度L₂变化，这样，翼梁帽126限定沿叶片翼展L₁的渐变的厚度T_i1-in。复合梁127的厚度Ti1-in可以变化，以便适应叶片20设计的结构方面，并使得叶片20具有负载承载特性。在根据本发明的翼梁帽126的一种构造中，复合梁127限定了变化的厚度T_i1-in，该厚度沿它的长度L₂从最大厚度T_max的区域129朝着叶尖116并朝着叶片根部118渐变。沿翼梁帽126的各个位置（station）限定了特定厚度T_i1、T_i2、T_i3和T_i4，如图4D中所示；且这些厚度可以变化，以便帮助构造翼梁帽126，且在根据本发明的翼梁帽126的至少一种构造中，用于帮助构造具有渐变厚度的翼梁帽126。本发明并不局限于此，可以预计，翼梁帽126的复合梁127可以构成为限定沿它的长度L2的变化厚度或基本均匀厚度。

如图4D和4E中所示，具有变化长度的多个预制层300A和300B在翼梁帽模具中一层堆垛成在另一层上形成多层，或者竖向堆垛成多层。各预制层300A和300B可以布置在另一预制层300A和300B的上面或下面，以便构造复合梁127的厚度。如图4E中所示，各预制层300A和300B沿另一相邻预制层300A和300B堆垛在预定位置，以便帮助限定渐变的厚度T_i1、T_i2、T_i3和T_i4。在翼梁帽模具中，预制层300A和300B可以与一个或更多个其它预制层300A和300B相邻地竖直堆垛，以便构造翼梁帽126。一个或更多个预制层300A可以有长度L₃，它是形成堆垛构型128的多个预制层300A和300B中相对最长的预制层，以便限定复合梁127的一个表面127B。如图4E中所示，其它预制层300B可以有更短和变化的长度L_4a、L_4b、L_4c、L_4d等。当装配时，预制层300A和300B的变化长度L₃和L_4a、L_4b、L_4c、L_4d等使得复合梁127的厚度沿它的长度渐变，如图4D中所示。因此，根据本发明的翼梁帽126的构造能够很容易地适应或调适于任意叶片长度、宽度和/或厚度轮廓。

多个预制层300A和300B形成的堆垛构型（formatin）128可以包括堆垛成这样的预制层300A和300B，即，各预制层300A和300B的侧边缘301纵向对齐，如图4E中所示。可选地，堆垛构型128的一些或全部预制层300A和300B相对于彼此布置成使得预制层300A和300B的侧边缘沿堆垛构型128的横向宽度W₂偏移（未示出）。这些预制层300A和300B的不对齐或偏移的侧边缘帮助产生增加的翼梁帽126表面积，这有助于增加沿翼梁帽126的侧边缘的粘接强度，和/或可以帮助防止沿堆垛构型128形成接缝。

当装配时，堆垛的预制层300A和300B还可以帮助将根据本发明的复合梁127的表面构造为锥形或阶梯形表面127A，这是由于预制层300A和300B的变化长度L₃和L_4a、L_4b、L_4c、L_4d等造成的。还可以由翼梁帽126的多个预制层中的、具有更长或最长长度L₃的一个或更多个预制层300A形成非锥形或非阶梯形表面127B。在根据本发明的翼梁帽126的一种构造中，锥形或阶梯形表面127A朝着叶片翼型100的外表面向外定向，而非锥形或非阶梯形表面127B朝着由翼型100的内部结构限定的、叶片翼型100的空心内部向内定向。可选地，在根据本发明的翼梁帽126的另一构造中，锥形或阶梯形表面127A背离叶片翼型100的外表面并朝向叶片翼型100的空心内部向内定向。

如上所述，翼梁帽可以限定沿它们的长度L₂从翼梁帽的最大厚度T_max点朝着叶尖116渐变以及朝着叶片根部118渐变的渐变厚度T_i1、T_i2、T_i3、T_i4、T_in。如图4D中所示，锥形或阶梯形的梁表面127A有特定渐变率S₁和S₂，它与所需或所希望的复合梁127厚度相对应。渐变率S₁和S₂对应于梁127的厚度变化，并对应于每单位梁长度L₂的梁厚度的给定变化率。较小的渐变率S₁表示梁厚度的逐渐变化，例如T_i1、T_i2和T_i3，而较大的渐变率S₂表示梁厚度的突然或陡峭变化，例如T_i4。如图4D中所示，梁表面127A和厚度T_i1、T_i2和T_i3以平缓的渐变率S₁从最大厚度T_max区域129朝着叶尖116渐变。缓慢减小的厚度T_i1、T_i2和T_i3帮助使得翼梁帽126具有足够的强度和挠性，并沿叶片20的翼展L₁减小重量。相反，梁127的、从叶片根部118延伸的表面127A和厚度T_i4以陡峭的渐变率S2增加。陡峭的渐变率S2提供了梁厚度，并因此帮助给翼梁帽126的、与叶片根部118结合的部分提供强度和支承。

在一个实例中（只是为了示例说明目的），其中叶片20限定了40米的长度L₁，翼梁帽126限定了大约39米的长度L₂（大约40mm的最大厚度T_max的点布置在离叶片根部118大约3m的位置处）。翼梁帽126具有大约500mm的基本均匀横向宽度W₂，且梁表面127A的平缓渐变率S₁可以有大约1:900的比率。在该构造中，陡峭渐变率S₂可以有大约1:50的比率。本发明并不局限于任何特定渐变率S₁和S₂或者任意特定复合梁127厚度，因为梁的这些特征并不必需恒定或者受到限制。因此，根据本发明的翼梁帽126可以由任意厚度和任意渐变率来构成，以便帮助满足特定翼梁帽设计的强度和挠性要求。

如图4D和4E中所示和如上所述，复合梁127的锥形形状128可以由在模具中堆垛或以其它方式层叠多个预制层300A和300B而形成，以便限定复合梁127的渐变厚度和横向宽度W₂。如后面参考图5A-5D和图6所述，各预制层300A和300B包括多个强度元件或杆202构成的单层。各强度元件或杆202与沿它的纵向尺寸或长度与至少一个其它强度元件或杆202相邻地布置在各预制层300A和300B内。预制层300A和300B的多个纵向定向的强度元件或杆202的结构和布置有助于使得复合梁127和翼梁帽126具有硬度、挠性和强度。

参考图4F以及还参考图4A-4E，在另一方面，本发明提供了一种包括多个预制层300A和300B的堆垛构型128或复合梁127，如上面所述和后面更详细所述，这些预制层300A和300B层叠有多个纤维质层、网或织物602。纤维质层、网或织物602包括但不局限于：干燥或未填充的织物或网、预浸渍的纤维织物或网、纤维纱、纤维粗纱以及它们的组合，且为了说明本发明而被共同称为“纤维质层”。包括纤维质层602的纤维可以包括：玻璃质的纤维、纱和/或粗纱；碳质的纤维、纱和/或粗纱；陶瓷质的纤维、纱和/或粗纱；以及它们的组合。

更具体地说，根据本发明的堆垛构型128或复合梁127包括堆垛、层叠或交织有一个或更多个纤维质层602的一个或更多个预制层300A和300B。如图4F的堆垛构型128或复合梁127的侧视图中所示，一个或更多个预制层300A和300B可以与一个或更多个纤维质层602堆垛或层叠，或者布置在一个或更多个纤维质层602的上面和/或下面。堆垛构型128和复合梁127所需或所希望的渐变厚度T_i1-in、渐变率S₁和S₂、长度L₂和横向宽度W₂在根据本发明的这种构造中通过堆垛、层叠或交织预制层300A和300B以及多个纤维质层602而实现。在翼梁帽126使用翼梁帽模具或者使用形成翼梁帽的至少一部分和叶片20的外壳部分120或122的模具来形成的情况下，预制层300A和300B可以竖直地堆垛在一个或更多个纤维质层602和/或一个或更多个预制层300A和300B的上面和/或下面。

如图4F中所示，在根据本发明的堆垛构型128或复合梁127的一种构造中，具有变化长度的多个预制层300A和300B与也具有变化长度的多个纤维质层602进行堆垛、层叠或交织，以便帮助实现堆垛构型128或复合梁127的渐变厚度T_i1-in。各预制层300A和300B可以布置在另一预制层300A和300B或一个或更多个纤维质层602的上面和/或下面，以便构造堆垛构型128和复合梁127的厚度。图4E表示了给定堆垛构型128和复合梁127的预制层300A和300B的变化长度L_4a、L_4b、L_4c、L_4d等；不过，图4E还可以用于表示多个纤维质层602可以限定的可能变化长度L_4a、L_4b、L_4c、L_4d等，以便与多个预制层300A和300B一起获得堆垛构型128和复合梁127的渐变厚度。如图4F中所示，一个或更多个预制层300A和300B与多个纤维质层602堆垛或相邻，这样，一个或更多个预制层300A和300B布置在堆垛构型128或复合梁127内的预定位置处，以便帮助限定堆垛构型128或复合梁127的厚度。在所述位置处，一个或更多个预制层300A和300B沿其它预制层300A和300B堆垛，或者沿一个或更多个纤维质层602堆垛。因此，使得预制层300A和300B与多个纤维质层602层叠可以帮助限定堆垛构型128或复合梁127的渐变厚度T_i1、T_i2、T_i3和T_i4以及渐变率S1和S2。

如图4F中所示以及还参考图4E，一个或更多个预制层300A和300B和/或一个或更多个纤维质层602可以有长度L₃，该长度L₃与其它预制层和纤维质层602相比相对较长，以便帮助限定堆垛构型128和复合梁127的阶梯形或锥形表面127B。其它预制层300B和纤维质层602可以具有相对较短和变化的长度L_4a、L_4b、L_4c、L_4d等。如图4F中所示，预制层300A和300B和纤维质层602的变化长度L₃和L_4a、L_4b、L_4c、L_4d等有助于限定堆垛构型128和复合梁沿它的长度L₂的渐变厚度。还如图4E和4F中所示，具有某些特定长度（例如L_4c-4d）的一个或更多个纤维质层602可以与具有限定长度（例如L_4c-4d和L_4e-4f）的一个或更多个预制层300A和300B层叠，以便帮助获得堆垛构型128或复合梁127的所需渐变厚度T_i1-in和渐变率S1、S2。根据本发明的堆垛构型128和复合梁127的构造因此能够很容易地适应和调适于任意叶片长度、宽度和/或厚度轮廓。

堆垛构型128和复合梁127可以包括多个预制层300A和300B，这些预制层限定了每单位面积堆垛构型128或复合梁127的特定总重量百分比。本发明并不局限于此，可以预计预制层300A和300B可以包括给定面积的堆垛构型128和复合梁127的任意总重量百分比。该百分比可以取决于叶片设计和形状、所需的机械特性和/或叶片的性能要求。另外或者可选地，图4D-4G中所示的、堆垛构型128和复合梁127的任意构造都可以包括一个或更多个预制层300A和300B，该预制层300A和300B被构造成增强沿堆垛构型128或复合梁127的一个或更多个选定区域。例如，一个或更多个预制层300A和300B可以被构造成局部地增强图4F中所示的堆垛构型128和复合梁127的一个或更多个选定区域，例如除了与多个纤维质层602层叠的预制层300A和300B之外，以便构成如上所述的堆垛构型128和复合梁127。预制层300A和300B选择地布置在堆垛构型128和复合梁127中可以帮助在大风情况下降低沿叶片20的空气动力学负载。例如，一个或更多个预制层300A和300B可以布置在堆垛构型128中，以便沿翼梁帽126的一个部分（例如翼梁帽126的定向成朝向叶片外壳120和122的前边缘的一个或更多个部分）限定更高密度的预制层300A和300B。更大量的预制层300A和300B帮助使在涡轮机操作过程中响应沿叶片20的空气动力学负载而产生的翼梁帽和叶片的扭转与翼梁帽和叶片的弯曲耦合。因此，更大量的预制层300A和300B可以帮助叶片20变桨，以便降低空气动力学负载。

在还一实例中，一个或更多个预制层300A和300B可以被构造成局部地增强堆垛构型128和复合梁127的、主要由多个纤维质层602构成的一个或更多个选定区域，这样，预制层300A和300B可以包括较低总重量百分比的某些选定区域。在这种构造中，一个或更多个预制层300A和300B可以构成堆垛构型128和复合梁127的选定区域的总重量的任意百分比，只有1%或更少。

如后面参考图10A-10I详细所述，一个或更多个预制层300A和300B能够与一个或更多个纤维质层602结合或粘结或交织，以便形成叶片20的翼梁帽126或外壳部分120和122的多层结构部件702。一个或更多个部件702也可以被构造成用于增强沿翼梁帽126的复合梁127的一个或更多个选定区域。此外，一个或更多个部件702可以被构造成与构成堆垛构型128和复合梁127（图4F中所示）的预制层300A和300B以及多个纤维质层602层叠或堆垛。

参考图4G，图中表示了根据本发明的堆垛构型128和复合梁127的另一构造。预制层300A和300B单独或与多个纤维质层602组合地限定翼梁帽126，该翼梁帽126的厚度以特定渐变率S₁朝着叶尖116渐变，同时翼梁帽126的、定向成朝向叶片根部118或者定位成靠近或邻近叶片根部118的部分限定了基本均匀厚度。在该构造中，堆垛构型128或复合梁127沿它的翼展L1只朝着叶尖116渐变，并沿一端提供了足够厚度，以便使得翼梁帽126与叶片根部118或叶片根部118附近的叶片翼型区域连接。

参考图4H和4I，根据本发明的翼梁帽126能够设计和制造成具有预制层300A和300B，或者具有与多个纤维质层602堆垛、层叠或交织的预制层300A和300B，以便用作扫掠叶片设计或直叶片设计的结构支承。如图4H中所示，叶片20可以被构造成具有扫掠部，以便处理空气动力学负载和/或影响弯曲-扭转耦合。在这样的叶片设计中，预制层300A和300B和纤维质层602能够帮助使得翼梁帽126被构造有扫掠部或扫掠翼展，以便当扫掠叶片20响应空气动力学负载时翼梁帽126有类似的弯曲-扭转耦合。对于扫掠构造，当翼梁帽126响应于空气动力学负载而弯曲和扭转时，翼梁帽126的预制层300A和300B将帮助沿翼梁帽126的弯曲或曲率的内边缘来约束纤维质层602。约束纤维质层602可以防止或最小化纤维质层的折皱和皱曲。与之相比，图4I表示了根据本发明的、具有相对直翼展的翼梁帽126。

参考图4J，在根据本发明的翼梁帽126的可选构造中，翼梁帽126限定了横向宽度W₂，该横向宽度小于叶片20的弦长W₁，并沿翼梁帽长度L₂朝着叶尖116渐变或变窄。与翼梁帽126的其它构造中相同，翼梁帽126的长度L₂通常大于它的横向宽度W₂。如图4J中所示，翼梁帽126具有从一端（例如被构造成使得翼梁帽126与叶片根部118结合或连接的一端）向相对端（例如朝向叶尖116的一端）渐变或变窄的横向宽度W₂。换句话说，翼梁帽126的横向宽度W₂从给定横向宽度W₂（例如最靠近叶片根部118）渐变或变窄至在翼梁帽126的相对端处的第二横向宽度W₂（例如最靠近叶尖116）。

如上所述，根据本发明的翼梁帽126可以被构造成预铸造或预模制的复合梁127，例如使用翼梁帽模具。在这种情况下，复合梁127被构造成与叶片翼型100和外壳部分120和122分开的部件，然后在外壳部分120和122的形成或模制过程中与各外壳部分120或122装配。可选地，翼梁帽126可以在构造外壳部分120和122的过程中并且其一部分而构成。在各构造中，构成复合梁127的预制层300A和300B或者预制层300A、300B和纤维质层602首先限定堆垛构型128，该堆垛构型可以例如装配在翼梁帽模具内，如这里所述。

如后面参考图11A和11B详细所述，一旦所需数目的预制层300A和300B或者所需数目的预制层300A、300B和纤维质层602被堆垛、层叠或交织以便构造堆垛构型128，粘接树脂502就施加在该堆垛构型128上。粘接树脂502根据方便树脂透入堆垛构型128中的方法和技术来施加。树脂502包围各强度元件或杆202，并透过和包围相邻或堆垛的预制层300A和300B和纤维质层602（当有时），这样，树脂502填充在各元件或杆202之间、在预制层300A和300B之间、在纤维质层602之间和/或在预制层300A和300B和纤维质层602之间的任何空间或空隙500。在树脂固化过程中，树脂502使得各强度元件或杆、各预制层300A和300B和/或各纤维质层602与堆垛或相邻的预制层300A和300B和/或其它纤维质层602粘接，以便形成复合梁127。

可以使用将粘接树脂502施加给堆垛构型128的任意方法和技术，包括使用压力、热或真空（该压力、热或真空将粘接树脂灌输或注入堆垛构型128中）的方法和技术。树脂灌输技术可以向堆垛构型128施加真空，该真空将粘接树脂吸入并通过预制层300A和300B和纤维质层602。例如，当堆垛构型128构成于模具中时，可以沿模具的周边施加真空。真空沿模具的横向宽度将供给的树脂吸入模具，并进一步沿堆垛构型的横向宽度W₂将供给的树脂抽吸穿过堆垛构型128。这样的树脂灌输方法包括但不局限于：Seeman复合树脂注模处理（SCRIMP）、真空辅助的树脂传递模制（VARTM）、其它真空技术和手工敷设技术。

其它技术包括树脂注入，供给的粘接树脂502通过树脂注入而在压力下传送给封闭模具，并注入模具中，从而注入和穿过堆垛构型128，以便填充堆垛构型128中的任何空间或空隙。

在施加所需体积的粘接树脂502之后，填充有树脂的堆垛构型128受到固化处理，例如采用在任意合适温度下加热持续任意合适时间的处理，以便足以充分地固化粘接树脂502以及将预制层300A和300B、各强度元件或杆和纤维质层602粘接在一起。可选地，当采用树脂灌输技术时，灌输和固化阶段可以交叠，这样，在灌输已经开始之后并且在全部所需体积的树脂施加给堆垛构型128之前开始粘接树脂502的固化，例如通过向模具（堆垛构型128处于该模具中）施加热量。如本领域普通技术人员应当知道，固化填充有树脂的堆垛构型128的其它技术能够包括但不局限于：环境温度固化、化学固化、紫外线固化、电子束固化以及通过热和压力的组合而固化。

多个结构元件或杆构成的预制层

参考图5A-5D和图6-7，在另一方面，本发明提供了如上所述的预制层300A和300B以及如参考图7所述的预制层400。图5A是根据本发明的预制层300A和300B的一个实施例的俯视图，图6表示了图5A中所示的预制层300A和300B的剖视图。图7表示了根据本发明的、图5A中所示的预制层400的另一实施例的剖视图。预制层300A、300B和400利用多个细长单向强度元件或杆202和402构造和布置，这些强度元件或杆202和402布置成单层，并基本沿预制层300A、300B和400的纵向轴线304延伸。

强度元件或杆202和402具有所希望或所需的硬度和强度。还有，强度元件或杆202和402还显示有很高的挠性，这样，各强度元件或杆202和402和预制层300A、300B和400可以调节并适应于结构叶片部件（例如翼梁帽）的弯曲和曲率，且仅有很小或没有折皱和弯曲。元件或杆202和402还可以在结构部件例如翼梁帽的制造过程中具有这样的弯曲特性。当包含在叶片20（例如扭转-耦合的叶片20）中时，翼梁帽126可以有助于允许叶片20响应沿叶片20作用的风和疲劳负载而沿叶片的翼展弯曲和扭转。

预制层300A、300B和400可以提供为包括预定数目的强度元件或杆202和402的预制复合件。强度元件或杆202和402在预制层300A、300B和400中布置成单层。强度元件或杆202和402为单向，其中，各元件或杆202和402相对于层中的其它元件或杆202和402的长度L₅纵向对齐。如图5A和图6、7中所示，各元件或杆202和402沿它们的纵向尺寸或长度L₅与其它元件或杆202和402相邻地布置成单层。在根据本发明的预制层300A、300B和400的一种构造中，强度元件或杆202和402在预制层中基本相互平行。

如图5A中所示，预制层300A、300B和400可以可选地包括纤维纺织结构302，该纤维纺织结构302以适合将各元件或杆202和402保持成单层的定向和图形横过层300A、300B和400的宽度W₃、W₄。纤维纺织结构302将在后面参考图5B详细介绍。用于将元件或杆202和402保持在单层中的、根据本发明的其它结构也在后面详细介绍。

图6表示了图5A中所示的预制层300A和300B沿它的横向宽度W₃的剖视图，示出元件或杆202的单层布置。图6中所示的元件或杆202限定了圆形截面。不过，本发明并不局限于此，并设想强度元件或杆能够限定其它截面轮廓，包括但不局限于：具有基本矩形截面的元件或杆402，如图7中所示。

如图6和7所示，元件或杆202和402基本限定了相同的截面直径，这样，预制层300A、300B和400有基本均匀厚度T₂、T₃。圆形元件202和402可以限定在从大约0.25mm至大约20mm范围内的截面直径。

参考图8A和8B并继续参考图6和7，各强度元件和杆202和402是固化元件或杆，或者在一些实例中为预制的元件或杆。元件或杆202和402被构造和布置成用作结构部件，并向包含该元件或杆202和402的复合材料和结构部件（例如翼梁帽126的复合梁127）提供刚性、压缩强度和挠性。元件或杆202和402的高度挠性使得该元件或杆202能够弯曲和扭转，以便与特定叶片设计（例如扫掠叶片设计）所需的弯曲、曲率和/或轮廓相适应。

各强度元件或杆202和402由包括细长和基本直的结构纤维306的复合材料来构成，该结构纤维306由基体树脂308（例如热塑性或固化树脂）浸透。纤维306沿纵向定向，并基本线性对齐。基体树脂308分配至纤维306块体中，以便当固化或凝固时形成刚性的预制元件或杆202和402。形成的元件或杆202和402在基体树脂308内具有基本均匀分布的纤维306。纤维306也有高度的准直性，因此，纤维306为单向，并相对于元件或杆202和402中的其它纤维306基本线性。纤维202和402的相对直线形和明显的纤维准直性产生了具有很高刚性和较高压缩强度的强度元件或杆202和402，当预制层300A、300B用于制造负载承载结构（例如翼梁帽126）和叶片部件的结构元件和增强件时，这是需要且有利的。因此，形成的预制层300A、300B和400包括预制元件或杆202和402，该预制元件或杆202和402使得形成复合梁127或其它叶片部件的多个预制层300各自有所需和所希望的硬度和压缩强度。

针对纤维类型、纤维直径和/或纤维成丝作用，细长结构纤维306的类型根据翼梁帽126和其它叶片部件所需的特性来选择。细长结构纤维306大致限定为直径在从大约1微米至大约100微米的范围内，包括但不局限于：玻璃纤维、碳纤维、玄武岩（basalt）纤维和它们的组合。

包围纤维306的基体树脂308包括适合粘附于和固定纤维以及适合向形成的元件或杆202和402以及预制层300A、300B和400提供刚性和强度的树脂基体。基体树脂308可以包括不可固化树脂或热/辐射固化树脂，包括但不局限于：热塑性树脂或热固性树脂。基体树脂308可以根据基体树脂308向形成的各强度元件或杆202和402以及预制层300A、300B和400提供的机械增强特性来选择。

预制的强度元件或杆202和402构成的预制层300A、300B和400在粘接树脂502（该粘接树脂502施加在堆垛构型128上）的固化过程中不收缩，如后面参考图11A和11B所述。形成的预制层300A、300B和400在翼梁帽126的制造过程中具有抗折皱、抗扭结和抗弯曲的性能。与现有技术中用于构造翼梁帽的纤维织物和复合材料不同，预制的强度元件或杆202和402（包括嵌入预先固化的基体树脂308中的纤维306）在粘接树脂502的固化过程中基本上抗收缩。因此，强度元件或杆202和402帮助消除或基本减少在翼梁帽126的制造过程中引起预制层300A、300B和400的折皱、扭结或弯曲。此外，预先固化的基体树脂308和/或结构纤维306给预制层300A、300B和400的各元件或杆202和402提供了在将粘接树脂502施加给堆垛构型128的过程中的抗纤维冲刷性。

根据本发明的预制层300A、300B和400所具有的抗收缩和抗纤维冲刷性质帮助避免或至少减小折皱、扭结和弯曲，从而帮助消除或至少最小化在形成的翼梁帽126中的任何结构减弱。

强度元件或杆202和402还可以限定表面特征和/或表面化学特性，该表面特征和/或表面化学特性有助于使得元件或杆202和402粘附在粘接树脂502上。元件或杆202和402的表面特征包括但不局限于：有纹理表面、粗糙表面或者通过各种技术，例如施加表面涂层获得的化学处理表面，以便产生元件或杆202和402的例如粗糙表面。有纹理或粗糙表面促进粘接树脂502粘附在元件或杆202和402上。

此外，强度元件或杆202和402的有纹理或粗糙表面有助于方便粘接树脂502在强度元件或杆202和402之间的渗透，特别地当预制层300A、300B和400是堆垛或层叠的时。元件或杆202和402的有纹理或粗糙表面也帮助增加各元件或杆202和402之间以及预制层300A、300B和400之间的粘接，以使得堆垛或层叠的预制层300A、300B和400以及翼梁帽126的复合梁的内部分层剪切强度增加。而且，元件或杆202和402的有纹理或粗糙表面有助于防止粘接树脂502和强度元件或杆202和402之间的脱层裂纹，从而增加预制层300A、300B和400以及形成的翼梁帽126或其它叶片部件（预制层300A、300B和400包含在其中）的疲劳寿命。

如图5A中所示，可选的纺织结构302与强度元件或杆202和402交接，以便将元件或杆202和402保持成单层，且各元件202和402沿它们的纵向尺寸或长度L₅彼此相邻和基本平行地定向。在图6和7中所示的预制层300A、300B和400可以不包括相互粘接的强度元件或杆202和402。在这些构造中，纤维纺织结构302因此产生强度元件或杆202和402的相对松散编织，从而限定了相邻元件或杆202和402之间的微小空间500。

强度元件或杆202和402之间的微小空间500提高了各元件或杆202和402的挠性，并有利于元件或杆的弯曲能力，特别地当元件或杆202和402形成于预制层300A、300B和400中或者包含在翼梁帽126的复合梁127或其它叶片部件内时。在复合梁127的形成（例如模制）过程中，元件或杆202和402优选地具有弯曲能力。这样的弯曲能力使得元件或杆202和402能够进行较小调节以适应翼梁帽126的设计弯曲和曲率，这样，元件或杆202和402基本与翼梁帽126的形状或轮廓一致。均根据本发明的翼梁帽126和预制层300A、300B、400允许制造具有这样结构的翼梁帽126，它与叶片20的形状相符或相对应，同时使得叶片20具有它所需的结构支承和负载承载特性。

因此，根据本发明的预制层300A、300B和400可以用于制造翼梁帽126，该翼梁帽126具有适合用作扭转-耦合叶片20中的负载承载结构的构造。翼梁帽126可以包含在扭转-耦合叶片20中，以便帮助构造具有扭转弯曲耦合能力的叶片20，因此叶片在它沿其翼展L1或水平轴线弯曲时扭转。根据本发明的翼梁帽126结构可以有利于扭转耦合叶片20减轻空气动力学负载的能力。在涡轮机的操作过程中，叶片20响应作用在叶片20上的空气动力学负载弯曲，也进行扭转以便改变它的空气动力学性能。具体地说，叶片20被动变桨，以便象羽毛一样响应风力负载，这样，叶片20被动和快速地发散该负载。根据本发明将翼梁帽126包含在弯曲/扭转耦合的叶片20中可以帮助叶片20快速响应阵风和/或转速，还帮助减小叶片20在一定范围的风速条件上的疲劳损伤。

此外，各强度元件或杆202之间的微小空间500帮助方便粘接树脂502渗透至多个预制层300A、300B和400构成的堆垛构型128中或者渗透至与多个纤维质层602堆垛、层叠或交织的多个预制层300A、300B和400构成的堆垛构型128中。空间500方便粘接树脂502在各元件或杆202和402之间以及在预制层300A、300B、400和多个纤维质层602之间流动和渗透。如后面所述，在包括根据本发明的预制层300A、300B和400的堆垛构型128中实现的粘接树脂502灌输或注入速率与通过将粘接树脂502施加给用于构成翼梁帽的现有技术纤维和复合材料和层叠材料而获得的树脂灌输或注入速率相比相对快速。

图5B表示了根据本发明的、包括纤维纺织结构302的预制层300A和300B的一种构造。纤维纺织结构302包括但不局限于互锁纺织纤维机织物，例如平织或方织物以及通过缝制制造的织物。纤维纺织结构302横过预制层300A和300B的横向宽度W₃延伸，并与各强度元件或杆202交接，这样，纤维植物302使得元件或杆202保持在单个预制层300A和300B中。如图5A中所示，纺织织物302能够限定以之字图形横过预制层300A和300B的宽度W₃延伸的织物。如图5B中所示，纺织织物302还能够包括缝线，该缝线互锁在强度元件或杆202之间。不过，本发明并不特别局限于此，可以预计任意纺织织物类型和图形可以保持单个预制层300A和300B的强度元件或杆202。作为保持结构，纤维纺织结构302还使各个强度元件或杆202间隔开。纤维纺织结构302因此有助于形成强度元件或杆202的相对松弛编织，如上所述。松弛编织在元件或杆202之间限定微小空间500，该微小空间500有助于提高元件或杆202的弯曲和扭转/扫掠能力，并有助于粘接树脂502在各元件或杆202之间以及在堆垛或层叠的预制层300A和300B之间渗透。类似地，纤维纺织结构302可以与图7中所示的预制层400合并，以便与各强度元件或杆402交接，这样，纤维织物302使得元件或杆402保持在单个预制层400中。

参考图5C和5D，根据本发明的预制层300A、300B和400可以包括结合材料310的一个或更多个带或条带，该结合材料310的一个或更多个带或条带被构造成作为纤维纺织结构302的替代保持结构。材料310的带或条带沿预制层300A、300B和400的长度L₅在特定位置处横过预制层300A、300B和400的宽度W₃或W₄，以使得该带或条带310有助于将各元件或杆202和402固定在单层中。结合材料310在它的施加点处渗透在各元件或杆202和402之间并包围各元件或杆202和402，以便帮助保持元件或杆202和402。结合材料310包括适合保持各元件或杆202和402的任何结合剂或粘接剂，可以包括但不局限于：热熔剂或粘接剂、UV固化结合剂或粘接剂、弹性体粘接剂或者结合带或粘接剂带。在根据本发明的预制层300A、300B和400的一种构造中，结合材料310包括大量粘接剂线，这些粘接剂线在特定位置处沿预制层300A、300B和400的宽度W₃或W₄施加。在根据本发明的预制层300A、300B和400的另一构造中，结合材料310包括弹性体粘接剂，该弹性体粘接剂可与施加在堆垛构型128上的粘接树脂502，例如环氧树脂相容。

参考图9A和9B，根据本发明的预制层300A、300B和400可以包括：载体层312，作为纤维纺织结构的替代保持结构；以及结合材料310的一个或更多个带或条带。载体层包括但不局限于：纤维质载体层312，该纤维质载体层312由无纺织物构成，它用作结合或粘结各强度元件或杆202和402的基体，以便将元件或杆202和402保持在单层中。一个或更多个无纺粘接剂涂层可以沿载体层的表面布置，元件或杆202和402布置在该表面上。然后，载体层312和元件或杆202、402可以层叠，以便形成预制层300A、300B和400。载体层312由一个或更多个织物材料来构成，该织物材料适合方便粘接树脂502在各强度元件或杆202以及堆垛或相邻的预制层300A、300B和400之间渗透和因此透过。

给定数目的强度元件或杆202和402沿载体层312布置在单层中，且各元件或杆202和402沿元件或杆202和402的长度L₅彼此相邻并基本平行。如上所述，元件或杆202和402通过粘接剂而固定或粘接在载体层312上，并可以在相邻元件或杆202和402之间限定微小空间500。纤维载体层312可以包括由纤维、纱和/或粗纱构成的无纺织物，包括但不局限于：聚酯质的纤维、纱和/或粗纱；聚酰胺质的纤维、纱和/或粗纱；聚烯烃质的纤维、纱和/或粗纱；玻璃质的纤维、纱和/或粗纱；碳质的纤维、纱和/或粗纱；芳族聚酰胺质的纤维、纱和/或粗纱；石墨质的纤维、纱和/或粗纱；或者玄武岩质的纤维、纱和/或粗纱；以及它们的组合。在根据本发明的载体层312的优选结构中，载体层包括玻璃或聚酯质的纤维、纱和/或粗纱。

载体层312的纤维、纱和/或粗纱有助于增加预制层300A、300B和400的纤维体积，特别地有助于沿元件或杆202和402之间的空间500加强预制层300A、300B和400，施加的粘接剂可以留在该空间500中。因此，载体层312帮助增加预制层300A、300B和400的横向和纵向强度，这样，形成的翼梁帽126或其它叶片部件（预制层300A、300B和400包含在其中）有助于三维地减小剪切力。

在根据本发明的预制层300A、300B和400的一个实施例中，无纺纤维载体层312包括织物，该织物包括多个横向纤维、纱和/或粗纱，当预制层300A、300B和400被装配时，该横向纤维、纱和/或粗纱布置成相对于强度元件或杆202和402为基本横向定向，或者处于大约90°。在根据本发明的预制层300A、300B和400的另一实施例中，无纺纤维载体层312包括缝制织物，例如双轴织物或三轴织物。

载体层312被构造和布置成用作基质，强度元件或杆202和402结合或粘接在该基质上，以便将元件或杆202和402保持在单层中。载体层312可以限定与形成预制层300A、300B和400的单层的元件或杆202和402的尺寸类似的尺寸，例如长度和宽度。层312可以包括一种或更多种由一种或更多种材料构成的纤维、纱和/或粗纱，例如上面所述，它们适合于当粘接树脂502施加在装配的堆垛构型128上时有助于使得粘接树脂502在各强度元件或杆202和402之间以及在各预制层300A、300B和400之间渗透和透过。用于构造纤维载体层313的缝制、粘接和/或其它方法可以使得纤维、纱和/或粗纱相互连接。如后面参考图13所述，根据本发明的载体层312还可以包括纺织织物，该纺织织物包括编织成特定编织类型或图形的纤维、纱和/或粗纱。

一个或更多个粘接剂层可以沿纤维质载体层312的至少一个表面布置；然后，一个或更多个强度元件或杆202和402沿层312的涂覆表面布置，以便形成预制层300A、300B和400。

预制层300A、300B和400的构造可以包括纤维质载体层312，该纤维质载体层312包括纤维、纱和/或粗纱，具有给定预制层300A、300B和400的强度元件或杆202和402的单向纤维306的总重量的大约3%至大约15%。

参考图9C和9D，在根据本发明的预制层300A、300B和400的还一构造中，纤维质载体层312可以限定尺寸例如长度和宽度，该尺寸与形成预制层300A、300B和400的单层的元件或杆202和402的尺寸不同。在预制层300A、300B和400的一个构造中，层312限定了横向宽度W₅，该横向宽度W₅大于单层的元件或杆202和402的横向宽度W₃和W₄。在该构造中，当元件或杆202和402与层312结合时，层312限定了沿预制层300A、300B和400的至少一个边缘的外周边界或织边314。周边边界或织边314沿预制层的至少一个边缘从最外侧元件或杆202和402向外延伸。

周边边界或织边314有宽度W₆，该宽度W₆足以帮助边界或织边314用作附连点或附连部分，该附连点或附连部分的尺寸和构造设置成使得预制层300A、300B和400与翼梁帽126的一个或更多个部件和/或叶片翼型100的一个或更多个部件或者（更特别地）叶片20的外壳部分120和122结合或粘接。例如，各预制层300A、300B和400的周边边界或织边314可以与一个或更多个纤维质层602交织或交叠，以便帮助将预制层300A、300B和400固定在翼梁帽126的一个或更多个部件上。在另一实例中，周边边界或织边314可以与叶片20的外壳部分120和122的一个或更多个结构部件和/或层，例如形成外壳部分120或122的任意层101、103、105或107，间接地或直接地结合、粘接或交织。因此，边界或织边314帮助将预制层300A、300B和400固定在翼梁帽126、叶片20和/或翼梁帽126或叶片20的任意部件上。

参考图9E，图中表示了根据本发明的预制层300A、300B和400的一种构造的示意透视图，该预制层300A、300B和400包括多个细长单向强度元件或杆202和402，这些强度元件或杆202和402布置成单层，并基本沿预制层300A、300B和400的纵向轴线304延伸。多个强度元件或杆202和402沿它们的纵向尺寸或例如L₅布置成彼此相邻，沿纤维质载体层312布置成基本平行定向。各强度元件或杆202和402通过施加在载体层312的表面上的一个或更多个粘接剂层316而沿载体层312结合或粘接。一个或更多个粘接剂层316与载体层312组合地将多个元件或杆202和402保持在单层中。

图9E中所示的预制层300A、300B和400包括上述载体层312的周边边界或织边314，该周边边界或织边314沿预制层300A、300B和400的一个边缘向外延伸。尽管图9E表示了载体层312的边界或织边314，但是本发明并不局限于此，可以设想预制层300A、300B和400还可以包括沿预制层300A、300B和400的相对或另外边缘向外延伸的另外周边边界或织边314。本发明还预计预制层300A、300B的载体层312可以不包括任何边界或织边314。

预制层300A、300B和400还可以包括标签或印刷符号340，该标签或印刷符号340提供了关于预制层的长度的信息和/或关于该预制层300A、300B和400在翼梁帽126的堆垛构型128和复合梁127中相对于其它预制层300A、300B和400以及相对于一个或更多个纤维质层602（当存在时）的地点或位置的信息。这样的信息或标记将在将多个预制层300A、300B和400（有或没有多个纤维质层602）装配至堆垛构型128和复合梁127中时帮助提供方向。这样的信息和标记还可以包括预制层的层数或顺序，其识别该层在堆垛构型128和复合梁127中的位置和/或其它制造细节或说明。

另外，预制层300A、300B和400可以包括标识342，在一个或更多个预制层300A、300B和400以连续幅材510的形式提供的情况下，该标识指示地点或位置，预制层将在该地点或位置与另一相邻预制层300A、300B和400分离，例如切割，如后面参考图14A-14C详细所述。这种标识也有利于在堆垛构型128的装配过程中将预制层300A、300B和400定位在堆垛构型128中。

多层式结构部件

参考图10A和10B，另一方面，本发明提供了一种多层式结构部件702，该多层式结构部件702包括上述任意预制层300A、300B和400中的至少一个，该预制层300A、300B和400可以与一个或更多个纤维质层602结合或粘接或者交织。结构部件702被设计和构造成用作翼梁帽126的复合梁127的结构元件，和/或作为叶片翼型100的结构元件或增强件，例如叶片20的外壳部分120和122。

图10A和10B表示了根据本发明的多层式结构部件702的剖视图，该多层式结构部件702包括至少一个预制层400，该预制层400与多个纤维质层602结合或粘接或交织。尽管图10A和10B中所示的构造包括具有基本矩形截面的多个强度元件或杆402的预制层400，但是本发明可以设想结构部件702可以包括具有一个或更多个预制层300A和300B，该预制层300A和300B包括具有圆形截面的元件或杆202，如上所述，或者预制层有具有其它截面形状的强度元件或杆。此外，尽管图10A和10B的结构部件702的构造包括载体层312，但是本发明可以预计，根据本发明的结构部件702的其它构造可以省略载体层312。

如图10A中所示，结构部件702的一种构造包括沿预制层400的、与载体层312相对的表面与该预制层400结合或交织的多个纤维质层602，以便形成多层式部件702。图10B中所示的结构部件702的另一构造包括沿预制层400的每个表面与多个纤维质层602结合或交织的预制层400，这样，多层式部件702包括夹在多个纤维质层602之间的预制层400。

参考图10C，图中示意性地表示了图10A中所示的多层式结构部件702的示意性透视图。在该构造中，结构部件702包括5个纤维质层602，这5个纤维质层与预制层400的、与结合或粘接于纤维质载体层312的表面相对的表面结合或交织。可选地，纤维质层602可以与载体层312的表面结合或粘接。

图10C中所示的结构部件702的一种构造包括载体层312，该载体层312由具有多个横向纤维、纱和/或粗纱的无纺织物层来构成。当载体层312与布置在单层中的多个单向强度元件或杆402结合时，载体层312的纤维、纱和/或粗纱相对于单向强度元件或杆402布置成基本横向定向，或者成大约90°。在该构造中，多个纤维质层602由双轴线织物构成。当与预制层400装配时，各双轴线纤维质层602可以有大约10%的纤维、纱和/或粗纱布置成与强度元件或杆402基本横向定向，或者成大约90°，且大约90%的纤维、纱和/或粗纱的相对于预制层400的纵向轴线305以基本纵向定向布置。载体层312和纤维质层602的纤维、纱和/或粗纱的纤维含量或克每平方米（gsm）能够被控制成使得结构部件702制作成具有优选的纤维体积百分比。例如，图10C中所示的结构部件702可以包括5个纤维质层602，这5个纤维质层602包括大约800gsm的织物纤维，而载体层312包括大约100gsm的织物纤维，因此形成的多层式部件702有相对较高的纤维体积百分比。

在图10A-10C所示的结构部件702的一些构造中，载体层312可以由与纤维质层602相同的材料，例如双轴线织物来构成。在这些实例中，如上所述的载体层312可以省略，以便节省材料成本。

根据本发明的多层式结构部件702的其它构造在图10D-10H中表示。这些部件702可以例如用作结构元件，以便构造堆垛构型128并最终构成翼梁帽126的复合梁127，和/或可以用作例如叶片20的外壳部分或其它叶片部件的强度元件或增强件。图10D-10H中表示了结构部件702的各种层/部件的示意性剖视图，其中，E表示根据本发明的任意预制层300A、300B和400的至少一个，该预制层包括布置在单层中的多个单向强度元件或杆202和402；U表示载体层312；以及F表示多个纤维质层602。根据本发明的预制层E可以帮助使得多层式部件702适配于部件702的特定设计，或者适配于叶片翼梁帽126或叶片外壳部分120和122或其它叶片部件中的部件702的特定目的或定位。

图10D表示了两个堆垛或交织的预制层E的剖视图，其中载体层U结合或交织在两个预制层E之间，以便限定具有E、U、E、U构造的多层式部件702。图10E表示了两个堆垛或交织的预制层E的可选构造的剖视图，其中一个预制层E的载体层U与相邻预制层E的载体层U结合或交织，以便限定E、U、U、E构造。该构造是具有由预制层E的强度元件或杆202和402限定的“外骨骼”的多层式部件702的示例性实例。

图10F表示了图10E所示构造的变化形式的剖视图，它包括沿结构部件702的“外骨骼”与预制层E结合或交织的多个纤维质层F。结构部件702可以随后与其它结构部件702（例如具有相同层构造的部件702）结合或交织，因此外部纤维质层F与堆垛或相邻的结构部件702的外部纤维质层E结合或交织。堆垛构型128可以包括图10F中所示的一个或更多个结构部件702，这样，可压缩和比强度元件或杆202和402的刚性更低的纤维质层F位于沿堆垛构型128的、例如需要可压缩性或更小刚性的特定地点、位置或交界面处。

图10G表示了图10E中所示的构造的另一变化形式的剖视图，它包括与预制层E结合或交织的多个纤维质层F，这样，纤维质层F向内定向并在两个预制层E之间。在该构造中，纤维质层F与堆垛或相邻的预制层E的各载体层U结合或交织。

图10F和10G中所示的层布置表示了在部件702内的层U、E和F的对称性。这种构造的优点是，关于部件702中间平面的层对称可以帮助在部件702的制造过程中阻止或减小纤维收缩，这可以制造优选地更平的部件702。

图10H表示了图10G中所示的纤维质层F和载体层U的可选构造的剖视图，因此载体层U沿结构部件702的外表面定向。

本发明并不局限于图10D-10H所述的多层式结构部件702的构造，可以设想，多层式结构部件702可以包括预制层E、载体层U和/或多个纤维质层F的其它堆垛或层叠构造。

根据本发明，一个或更多个结构部件702可以被构造和装配成如上所述的任意构造的翼梁帽126的堆垛构型128和复合梁127。参考图10I，沿图4F中所示的复合梁127（该复合梁127由一个或更多个预制层300A、300B、400和多个纤维质层602构成的堆垛构型128而形成）的最大厚度T_max的剖视图表示了多个结构部件702可以按照需要或期望包含在堆垛构型128中的特定地点和位置处，使得翼梁帽126具有所需压缩强度或其它机械特性。

另外或者可选地，结构部件702可以被构造和装配堆垛构型128和复合梁127，使得帮助增强沿堆垛构型128和复合梁127的一个或更多个选定区域。例如，在主要由多个纤维质层602构成的堆垛构型128和复合梁127中，一个或更多个部件702可以用于至少局部地增强沿堆垛构型128和复合梁127的选定区域，以便例如提供附加强度和/或消除或减小纤维质层602的折皱和弯曲。在这种构造中，结构部件702的一个或更多个预制层300A、300B和400可以限定堆垛构型128和复合层127的选定增强区域的总重量的较低百百分比（只有大约1%或更少）。

预制层堆垛图形

图11A和11B表示了在两层式堆垛构型128中的预制层300A、300B和400。如图11A中所示，具有元件或杆202（该元件或杆202有圆形截面）的两个预制层300A、300B进行堆垛，且第一层301中的元件或杆202与第二层303中的元件或杆202对齐，以便限定“柱图形”。类似的，如图11B中所示，带有具有基本矩形截面的元件或杆402的两个预制层400进行堆垛，且第一层401中的元件或杆402与第二层403中的元件或杆402对齐，以便限定柱图形。尽管图11A和11B中表示了两个堆垛的预制层300A、300B和400，但是本发明并不局限于此，可以设想，任意数目的预制层300和400可以限定柱图形以及后面所述的其它图形。

此外，尽管图11A和11B中表示了彼此相邻或竖直对齐的各强度元件或杆202和402，以便以柱图形限定堆垛的预制层300A、300B和400，但是本发明并不局限于此。参考图11C和11D，各元件或杆202和402可以在预制层300A、300B和400堆垛时布置成交替布置。这样的交替布置可以包括第一层300A、300B和400中的元件或杆202和402的至少一部分，其布置成与限定于第二预制层300A、300B和400的相邻元件或杆202和402之间的空间500的至少一部分相邻或竖直对齐。元件或杆202和402与空间500这样交替堆垛或布置将堆垛的预制层300A、300B和400限定成“砖图形”。

参考图11E，强度元件或杆202和402的图形在多个预制层300A、300B和400的堆垛或层叠形状中是随机的，因此，堆垛的预制层300A、300B和400的强度元件或杆202和302并不必须布置成柱图形或砖图形。相反，多个预制层300A、300B和400堆垛成这样，使得一个预制层的强度元件或杆202和402相对于另一预制层可以限定随机图形，所述图形可以包括或不包括柱图形或砖图形。

上述各预制层300A、300B和400的堆垛或层叠图形可以有利地影响限定于给定预制层的各强度元件或杆202和402以及限定于相邻或堆垛预制层300A、300B和400的元件或杆202和402之间的空间或空隙500的几何形状和尺寸。此外，各强度元件或杆202和402的总体尺寸和几何形状限定了空间或空隙500的几何形状和尺寸。在根据本发明的预制层300A、300B和400的优选构造中，各强度元件或杆202和402能够有名义上矩形的轮廓，如图8B中所述，具有限定特定曲率半径的圆化边缘。圆化边缘产生了空间或空隙500，该空间或空隙500在将粘接树脂502施加给堆垛构型128的过程中用作液态粘接树脂502的导管。不过，具有较大半径的边缘能够在强度元件或杆的边缘接触的点处产生应力最大值。在堆垛或层叠的预制层300A、300B和400的一个构造中，优选的边缘半径可以小于元件或杆202和402的厚度的1/4的上限，并大于各预制层300A、300B和400之间的间距的1/4。

预制层300A、300B和400的基本均匀厚度T₂和T₃以及基本均匀横向宽度W₃和W₄使得翼梁帽126的复合梁127形成为具有明确的总体尺寸（特别地明确厚度）的最终结构，且不规则度最小。预制层300A、300B和400的基本均匀厚度T₂和T₃以及横向宽度W₃和W₄使得两个或更多预制层300和400能够与其它预制层300A、300B和400良好装配，并以可重复的精密公差来限定堆垛构型128。

两个或更多预制层300A、300B和400的基本均匀厚度T₂和T₃以及横向宽度W₃和W₄也提供了增加或最大化元件或杆300和400的填充密度以及增加或最大化堆垛构型128中的纤维体积百分比的可能性，这样，复合梁127可以构成为具有减少量的材料或减少数目的预制层300A、300B或400。特别地，包括嵌入基体树脂308内的基本直线形结构纤维306的强度元件或杆202和402的结构帮助增加部件或杆202和402的纤维体积百分比以及增加预制层300A、300B和400的净总纤维体积百分比。例如，当强度元件或杆202和402的纤维体积百分比在大约50%至大约85%的范围内，且预制层300A、300B和400的总杆体积为从大约80%至小于100%时，预制层的净总纤维体积百分比可以增加直至大约85%。因此，更少材料或更少预制层300A、300B和400可以在不连累纤维体积百分比的情况下用于构成翼梁帽的复合梁127。此外，使用更少材料或更少预制层300A、300B和400来形成复合梁127可以产生更轻和更薄的翼梁帽126。由于强度元件或杆202和402之间的微小空间500，各元件或杆202和402提供了更大的弯曲和扭转强度，并产生更强和更薄预制层300A、300B和400，而并不改变翼梁帽126或叶片20的设计。

参考图11F和11G，形成翼梁帽126的复合梁127的多个预制层300A、300B和400可以不必包括限定相同直径或总体尺寸的各强度元件或杆202A、202B和402A、402B。相反，在单个复合梁127内的多个预制层300A、300B和400可以包括带有具有不同直径或总体尺寸的强度元件或杆202A、202B和402A、402B的一个或更多个层300A、300B和400。如图11F中所示，预制层300A、300B的基本圆形强度元件或杆202A和202B包括限定一个直径的元件或杆202A的一个或更多个层300A、300B以及限定不同（例如更大或更小）直径的元件或杆202B的一个或更多个层300A、300B。类似地，如图11G中所示，预制层400的矩形元件或杆402A和402B包括限定一组总体尺寸的元件或杆402A的一个或更多个层400以及限定不同（更大或更小）组总体尺寸的元件或杆402B的一个或更多个层400。这些预制层300A、300B和400可以包括限定有助于将翼梁帽126附连在叶片20的相邻元件（例如剪切腹板125和外壳部分120、122）上的特定直径、轮廓或总体尺寸的元件或杆。例如，更大或更小尺寸的强度元件或杆202和402可以有利于结合一个或更多个预制层300A、或者使得翼梁帽126的一个或更多个预制层300A、300B和400与叶片20的翼梁帽和相邻元件之间的交界面结合。

参考图12A-12C以及还参考图9A-9E，堆垛构型128或复合梁127的预制层300A、300B和400可以包括与纤维质载体层312和/或多个纤维质层602结合、粘接或交织的各预制层300A、300B和400，如上所述。图12A和12B表示了堆垛的预制层300A、300B和400，其中，各预制层300A、300B和400与载体层312结合或粘接，和/或与多个纤维质层602结合或粘接或者交织。各载体层312和/或多个纤维质层602中的一个或更多个可以包括周边边界或织边314，如上所述。边界或织边314沿各预制层300A、300B和400的至少一个边缘向外延伸，并限定了给定宽度W₆。尽管图12A和12B只表示了各预制层300A、300B和400的一部分以及沿各层300A、300B和400的一个边缘的边界或织边314，但是本发明并不局限于此，可以设想，载体层312和/或一个或更多个纤维质层602可以包括沿预制层300A、300B和400的相对或其它边缘的附加周边边界或织边312。如上所述，边界或织边314有宽度W₆，该宽度W₆足以帮助边界或织边314用作附连点或附连部分，该附连点或附连部分的尺寸和构造帮助预制层300A、300B和400与翼梁帽126的一个或更多个部件结合、粘接或交织，和/或与转子叶片20的一部分（例如外壳部分120和122）的一个或更多个部件或层进行结合、粘接或交织。因此，边界或织边314帮助使得各预制层300A、300B和400或堆垛的预制层300A、300B和400以及翼梁帽126的堆垛构型128和复合梁127与转子叶片20固定。

参考图12C，在另一构造中，两个或更多预制层300A、300B和400可以彼此堆垛、层叠或交织，以便限定沿预制层堆垛的一个或更多个边缘的阶梯形侧立面410。该阶梯形侧立面410通过使得各预制层400的位置相对于另一预制层400（该另一预制层400定位成与各预制层400相邻或直接在其上面和/或下面）偏离而限定。如图12C中所示，预制层400堆垛成砖图形，因此，一个预制层400的各强度元件或杆402基本与限定于另一预制层400的两个相邻强度元件或杆200和402之间的空间或空隙500的至少一部分对齐。不过，预制层400并不必堆垛成砖图形，且它们在堆垛时相对于相邻预制层400的位置限定了阶梯形侧立面410。通过用作使得堆垛的预制层400可以在这里与部件结合或粘接或者交织的区域，阶梯形侧立面410有利于预制层400堆垛附连至翼梁帽126的其它部件上和/或附连至叶片20的其它部件上。可选地，预制层400可以与具有周边边界或织边314的载体层312和/或一个或更多个纤维质层602结合或粘接，该周边边界或织边314将用作使得堆垛的预制层400与翼梁帽126或叶片20的部件结合点、粘接点或交织点。

参考图12D和12E，具有阶梯形侧立面410的堆垛预制层400表示为与叶片20的外壳部分120和122的一部分结合、粘接或交织。如图12D中所示，阶梯形侧立面410（有或没有周边边界或织边314）提供了使得堆垛的预制层400与构成叶片外壳部分120和122的一个或更多个层结合、粘接或交织的部位和位置。例如，如图12D中所示，阶梯形侧立面410与外壳部分120和122的中间（例如泡沫）层105和107的一部分结合、粘接或交织。此外，如图12E中所示，堆垛的预制层400可以有基本均匀的纵向边缘，而没有阶梯形侧立面410。在这种情况下，由预制层400的载体层312和/或一个或更多个纤维质层602形成的周边边界或织边314可以用作使得堆垛的预制层400与外壳部分120和122的一个或更多个层（例如中间层105和107，例如泡沫层）结合、粘接或交织的部位货位置，如图所示。

参考图13，在根据本发明的纤维质载体层312的一种构造中，载体层包括机织物载体层313，该机织物载体层313包括交织成一定图形的多个经纱纱或粗纱以及一个或更多个纬纱或填充纱线317。经纱纱或粗纱315有足够的丹尼尔重量，例如大于该一个或更多个纬纱纱317的丹尼尔重量，这样，当粘接树脂502施加给堆垛构型128时，粘接树脂502透入限定在相邻强度元件或杆402之间的空间或空隙500中。因此，织物层313的经纱纱或粗纱315与粘接树脂502的组合可以在给定预制层400的相邻强度元件或杆402之间形成接合部319。接合部319帮助减小空间或空隙500，并帮助提供响应于沿翼梁帽126的应力负载和拉伸的阻抗性。因此，接合部319帮助减小粘接树脂502的开裂和各元件或杆402的破裂。

在机织物载体层313的另一构造中，经纱纱或粗纱315可以设置成和/或有足够的丹尼尔，以使得经纱纱或粗纱315沿载体层313的一个表面升高。这样升高的经纱纱或粗纱315相对于单向强度元件或杆402的纵向轴线304沿载体层313的表面纵向延伸，并帮助用作对齐特征。升高的经纱纱或粗纱315将帮助将各强度元件或杆202和402布置在沿载体层313的表面的给定位置。

在机织物载体层313的还一构造中，多个纵向经纱纱或粗纱315可以设置成和/或有足够的丹尼尔，以使得经纱纱或粗纱315沿载体层313的两个表面升高。升高的经纱纱或粗纱315将用作对齐特征，以便帮助各强度元件或杆202和402沿载体层313的第一表面纵向布置，以及将用作对齐特征，以便帮助一个预制层300A、300B和400相对于另一相邻预制层300A、300B和400的布置。沿机织物载体层313的、与它的第一表面相对的第二表面升高的经纱纱或粗纱315将方便两个预制层300A、300B和400的堆垛或层叠。载体层313还可以被构造成方便预制层300A、300B和400堆垛或层叠成柱形、砖形或随机图形。

如上所述，根据本发明形成的预制层300A、300B和400的构造还帮助增加填充密度，从而帮助减小由多个预制层300A、300B和400的堆垛构型128形成翼梁帽126的复合梁127所需的粘接树脂502的体积。

因此，根据本发明的预制层300A、300B和400的构造以及预制层的堆垛或层叠图形和布置能够控制各预制层300A、300B和400的尺寸，从而控制形成翼梁帽126的复合梁127的总体尺寸和最终结构。此外，使用强度元件或杆202和402将帮助增加或最大化净总纤维体积百分比，这有助于促进或最大化翼梁帽126的纤维体积百分比，同时减少或最小化用于构成复合梁127的材料量。应当知道，还能够减少施加给堆垛构型128以便形成复合梁127的粘接树脂502的体积。因此，使用根据本发明的预制层300A、300B和400作为叶片翼梁帽126的结构部件可以减少材料和降低制造成本。

如上所述，当形成于堆垛构型128中时，各强度元件或杆202和402之间以及层叠或相邻的预制层300A、300B和400之间的微小空间500有助于粘接树脂502在形成复合梁127的过程中进行渗透。在各元件或杆202和402之间以及在各预制层300A、300B和400之间能够有相对快速的树脂502渗透速率（例如以大约几分钟计）。如图11A和11B中所示，粘接树脂502渗透和流入空间500和任意空隙中。

而且，如上所述，预制的强度元件或杆202和402的机械特性有助于使得该元件或杆202和402能够在粘接树脂502的施加和固化过程中抵抗折皱和收缩。因此不需要较慢固化时间和相对较低固化温度，该较慢固化时间和相对较低固化温度当前用在很多现有技术的翼梁帽制造技术中以避免纤维质和纤维植物、复合材料和材料折皱。此外，根据本发明的强度元件或杆202和402以及形成的预制层300A、300B和400的结构和机械特性有助于各元件或杆202和402在粘接树脂502的注入或灌输过程中抵抗纤维冲刷。特别地，强度元件或杆202和402沿多个预制层300A、300B和400形成的堆垛构型128（粘接树脂502施加给该堆垛构型128）的横向宽度W₂抵抗冲刷。抵抗纤维冲刷帮助预制层300A、300B和400最小化或消除在它的制造过程中沿复合梁127和最终沿翼梁帽126形成不希望的折皱、扭结或弯曲的可能性。增加的粘接树脂渗透速率和增加的强度元件或杆202和402的抗纤维冲刷性将有效缩短在翼梁帽126的制造过程中用于树脂渗透和固化所需的时间。

预制层形成的连续幅材

参考图14A-14C，在另一方面，本发明提供了根据本发明的多个预制层300A、300B和400，这些预制层300A、300B和400构造和布置成连续幅材510。幅材510包括成任意上述构造的多个预制层300A、300B和400。图14A提供了根据本发明的幅材510的一个示例实例，该幅材510包括8个预制层300A-H和400A-H，且各预制层沿它的横向宽度W₃和W₄与至少一个其它预制层相邻。预制层300A-H和400A-H的横向宽度W₃和W₄（例如图6和7中所示）限定了具有基本均匀横向宽度W₅的幅材510。另外，相邻预制层300A、300B和400限定了幅材510的长度L₆。尽管图14A表示了包括8个预制层300A-H和400A-H的幅材510，但是根据本发明的幅材510并不局限于此，可以设想，幅材510可以包括任意数目的预制层300A、300B和400。幅材510可以被构造和布置成提供足以局部或整体构成一个或更多个翼梁帽复合梁127或其它叶片部件的任意数目的预制层300A、300B和400。

幅材510将多个预制层300A-H和400A-H限定为幅材长度L₅的子长度。在幅材510的这种构造中，子长度对应于图4E中所示的预制层300A-H和400A-H的所需变化长度L_4a、L_4b、L_4c、L_4d等，它们用于构造例如图4D和4F中所示具有变化厚度的堆垛构型128并最终构成翼梁帽126的复合梁127。本发明并不局限于此，可以预计幅材510的其它构造。例如，幅材510的一些构造可以包括具有基本均匀的长度和横向宽度的多个预制层300A、300B和400，以便构成具有基本均匀横向宽度和厚度的、翼梁帽126的复合梁127。幅材510的其它构造可以包括具有变化的横向宽度的多个预制层300A、300B和400，以便构成横向宽度沿翼展渐变的复合梁127。

幅材510还限定了横过它的宽度W₅的锥形端部区域512。锥形端部区域512将幅材510限定成预制层300A-H和400A-H的各子长度（具有变化的长度L_4a、L_4b、L_4c、L_4d等）。

如图14B中所示，各锥形端部区域512包括邻近各预制层300A-H和400A-H的至少一端的变薄部分320A、320B和322A、318B。在根据本发明的幅材510的一种构造中，锥形端部区域512可以通过除去预制层300A-H和400A-H的端部的一部分或使得该端部变薄而形成于幅材510中。在本例中，预制层300A-H和400A-H可以首先使得幅材510形成为没有锥形端部区域512的连续幅材原料。变薄或磨削处理或技术可以用于除去或变薄预制层300A-H和400A-H的端部，从而在幅材510中产生锥形端部区域512。各锥形端部区域512可以包括一个或更多个标志513，以便指示这样的点，在该点处，相邻预制层300A-H和400A-H可以例如通过沿该点切割而相互分离。锥形端部区域512可以在沿幅材510的预定位置处产生，以便限定具有所需或所希望长度L_4a、L_4b、L_4c、L_4d等的各预制层300A-H和400A-H。

还参考图14B，相邻预制层300A-H和400A-H的变薄部分320A、320B限定了具有特定渐变率S₃和S₄的各锥形端部区域512。渐变率S₃和S₄可以关于幅材510的长度L₅，或者可以关于任意特定预制层的长度L_4a、L_4b、L_4c、L_4d等。锥形端部区域512可以限定足够薄的点，以便例如通过切割或磨削来使得预制层300A-H和400A-H相互分离和与幅材510分离。当与幅材510分离时，各预制层300A-H和400A-H可以包含在堆垛构型128中的特定部位或位置。

各预制层300A-H和400A-H具有沿它的至少一个端部的变薄部分320A、320B和322A、318B。变薄部分320A、320B和322A、318B的渐变率S₃和S₄可以与翼梁帽126的厚度的渐变率相当，并可以帮助设置该渐变率，特别地当翼梁帽126主要由预制层构成时。渐变率S₃和S₄还可以对应于翼梁帽126的相对平滑或连续的渐变。这样的连续渐变可以减少或最小化预制层之间切割或磨削分离的压力集中效应等。通常，变薄部分的最小厚度应当足够薄，以便使得压力集中效应减小至可接受的水平，且厚度足以保持幅材510的纵向拉伸强度。例如，这样的最小厚度能够为额定的未渐变厚度的大约5%至大约50%之间。在优选实施例中，最小厚度为未渐变厚度的大约20%。

图14C表示了第一预制层300A-H和400A-H的一端的变薄部分320B的侧视图，该变薄部分320B形成锥形区域512的一部分。变薄部分320B限定了渐变率S₄，该渐变率S₄可以对应于第二预制层的变薄部分的渐变率S_x。当第一和第二预制层在堆垛构型128的制造过程中堆垛或层叠时，变薄部分可以相对于彼此定位在堆垛构型128内，以便帮助限定堆垛构型128的厚度的渐变。这样，具有特定渐变率S_x的变薄部分320A、320B和322A、318B可以连续调节堆垛构型128的渐变厚度。

预制层300A-C和400A-C的变化长度和预制层的变薄部分的渐变率S_x还可以限定各预制层300A-H和400A-H在堆垛构型128中的部位或位置。这是具有图14A中所示的幅材510构造的情况，其将提供各预制层300A-C和400A-C以用于布置在图4D和4F中所示堆垛构型128中的特定部位或位置。将预制层300A-C和400A-C堆垛或层叠在它们的各部位或位置中将限定堆垛构型和（最终的）翼梁帽126的复合梁127的渐变厚度。

幅材510可以构造成具有足以供给预制层300A-H和400A-H以便局部或整体地构造一个或更多个复合梁127的任意数目的预制层300A-H和400A-H。幅材510可以被构造成卷，或者绕卷轴或滚筒来缠绕，用于储存和运输幅材510以及用于在叶片20的翼梁帽126和/或其它部件的制造过程中分配预制层300A-H和400A-H。

结构性和增强用预制层

参考图15，在另一方面，本发明提供了成任意上述构造的预制层300A、300B和400，以便用作叶片20构造的结构、强度和/或增强部件。图15是图2中所示的叶片20沿线A-A的剖视图，表示了叶片20的上部和下部外壳部分120和122。一个或更多个预制层300A、300B和400可以设计和构造成用于包含在上部和/或下部外壳部分120和122中作为加强和/或增强部件。在一些构造中，预制层300A、300B和400可以与由上部和下部外壳部分120和122的层限定的、叶片20的前边缘112的至少一部分成一体。如图15中所示，一个或更多个预制层300A、300B和400可以沿叶片20的前边缘112的一部分包含在上部和下部外壳部分120和122的中间（例如泡沫）层105和107中。可选地或者另外，一个或更多个的预制层300A、300B和400可以沿叶片20的后边缘118的一部分包含在上部和下部外壳部分120和122的中间（例如泡沫）层中。在任一应用中，根据本发明的预制层300A、300B和400被构造和布置成沿前边缘112和/或后边缘118的一部分（预制层包含于该部分中）提供强度和/或增强。此外，预制层300A、300B和400可以帮助增加对叶片20的附加几何控制，这样，叶片20处理空气动力学涡流和分散空气负载，还处理由于变形、冰脱落和鸟而引起的、沿叶片20的冲击。本发明并不局限于此，可以设想，预制层300A、300B和400可以基本如上面所述设计和构造，和/或还可以被构造成用作叶片20的其它部件的增强和/或强度部件。

已经介绍了本发明的至少一个示例方面，本领域技术人员很容易知道各种变化、改变和改进。这些变化、改变和改进将在本发明的范围和精神内。因此，前述说明只是作为实例，而并不是作为限制。本发明只由下面的权利要求和它的等效物来限定。

Claims (1)

1.一种用于风力涡轮机叶片的翼梁帽，包括：

复合梁，该复合梁被构造成作为结构支承部件，以沿叶片的翼展的至少一部分延伸；

复合梁包括多个细长和刚性单向强度元件或杆形成的一个或更多个预制层，这些强度元件或杆沿预制层的纵向轴线布置成单层；

预制层包括至少一个纤维质载体层，强度元件或杆与该纤维质载体层结合，以便将强度元件或杆保持成所述单层；

各预制层与以下组中的至少一个相堆垛或层叠：一个或更多个其它预制层以及多个纤维质层；其中

多个堆垛或层叠的预制层部分地或者整体地限定了复合梁的厚度。

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